JP4769123B2 - スパークプラグ - Google Patents

Description

本発明は、自動車用エンジン等の内燃機関に使用されるスパークプラグに関する。

従来から、スパークプラグとして、中心電極と、この中心電極を保持する絶縁碍子と、先端部に接地電極を備えた主体金具とを備え、主体金具内に絶縁碍子が支持固定された構造のものが知られている。このようなスパークプラグでは、筒状に形成された主体金具内に絶縁碍子の径大の鍔状の部位を挿入し、主体金具の一方の端部を加締めて絶縁碍子の鍔状の部位を軸線方向に押圧することによって主体金具内に絶縁碍子に支持固定する構造とすることが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

また、絶縁碍子を、主体金具の機関取り付け用のねじ部の後端側若しくはねじ部付近で、圧入により支持固定するようにしたスパークプラグも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−１６４１４７号公報 実開昭５３−３００４０号公報

上記の従来技術のうち、主体金具の一方の端部を加締めて絶縁碍子の鍔状の部位を軸線方向に押圧することによって主体金具内に絶縁碍子に支持固定する構造のスパークプラグでは、絶縁碍子に鍔状の部位を形成する必要がある。この鍔状の部位が大径であるため小径化の妨げとなっている。

また、絶縁碍子を、主体金具の機関取り付け用のねじ部の後端側で圧入により支持固定するようにしたスパークプラグでは、スパークプラグを機関に取り付ける際に圧入部にトルクが加わって圧入が緩むという問題がある。さらに、絶縁碍子を、主体金具の機関取り付け用のねじ部で圧入により支持固定するようにしたスパークプラグでは、圧入によりねじ部が膨らんでスパークプラグを機関に取り付けることが困難となったり、機関に取り付ける際に絶縁碍子が径方向に締め付けられ割れが発生したりするという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、従来に比べて小径化を図ることができるとともに、機関への取り付けの際のトルクの影響を受けて緩みが生じたり、機関取り付け用のねじ部の膨らみにより機関への取り付けが困難になることを防止することのできるスパークプラグを提供しようとするものである。

本発明のスパークプラグは、軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付け用の座面を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、前記主体金具は、前記座面より先端側に、径方向内向きに保持力を及ぼし前記絶縁碍子を保持する嵌合部を備え、かつ、当該嵌合部と前記座面との間に位置する外側面には機関取り付け用のねじ部を有し、前記嵌合部の外周面の外径が前記ねじ部のねじ谷部の外径より細くされており、さらに、前記主体金具の前記嵌合部より先端側に、機関取り付け用の第２のねじ部が形成され、当該第２のねじ部は、前記ねじ部と同一のねじ穴に螺合可能とされていることを特徴とする。

本発明のスパークプラグにおいては、径方向内向きに保持力を及ぼす主体金具の嵌合部によって絶縁碍子が保持されている。嵌合部の例としては、圧入、焼き嵌め、冷やし嵌め等があげられる。これによって、主体金具の加締め部を係合させるための大径の鍔状の部位を絶縁碍子に設けない構成とすることができ、スパークプラグの最大径を細くして、小径化を図ることができる。そして、この嵌合部を、座面より先端側で、嵌合部と座面との間に機関取り付け用のねじ部が配置される位置に設け、かつ、嵌合部の外周面の外径を上記ねじ部のねじ谷部の外径より細くすることによって、嵌合部が機関への取り付け時のトルクの影響を受け難く、かつ嵌合部の膨らみにより機関への取り付けが困難になることを防止することができる。

嵌合部の外周面の外径は、ねじ谷部外径−１５０μｍ以下とすることが好ましい。これによって、嵌合部に圧入等によって絶縁碍子を挿入し、嵌合部が径方向外側に向けて膨らんだ場合においても、確実にスパークプラグを機関に取り付けることができる。

また、前記ねじ部は、少なくとも１周以上のねじ山を有することが好ましい。このねじ山が１周未満であると、機関への取り付け時に嵌合部にトルクの影響が加わり、嵌合の緩みが生じたり、肉厚の薄い嵌合部において変形や断裂が生じる可能性が生じる。また、このねじ部のねじ山の数が少ない場合は、主体金具の嵌合部より先端側に、機関取り付け用の第２のねじ部を形成することが好ましい。この第２のねじ部は、前記ねじ部と同一のねじ穴に螺合、つまり、機関のねじ穴に螺合可能とされる。

絶縁碍子が嵌合部にて保持される手段としては、圧入を選択することができる。この場合、絶縁碍子を主体金具の嵌合部に圧入した後、熱処理することにより、抜け荷重を増大させることができる。これは、嵌合部の接触状態が熱処理前では点接触の状態にあるが、点接触部には局所的に高面圧が掛かっており、この状態に熱を与えることで主体金具材が軟化、そして塑性変形することで接触状態が点から面接触へと変化し、嵌合部の真の接触面積が増大するためと考えられる。

また、本発明のスパークプラグは、上記のいずれかのスパークプラグにおいて、前記主体金具の前記嵌合部の内側部分と、前記絶縁碍子の外側部分との間によって気密が保持されていることを特徴とする。このように嵌合部によって気密を保持することにより、気密保持のための構造を簡易化することができる。

本発明のスパークプラグによれば、従来に比べて小径化を図ることができるとともに、機関への取り付けの際のトルクの影響を受けて緩みが生じたり、機関取り付け用のねじ部の膨らみにより機関への取り付けが困難になることを防止することのできるスパークプラグを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示すものである。スパークプラグ１００は、略円筒状の主体金具１と、先端部が突出するようにその主体金具１内に嵌め込まれる略円筒状の絶縁碍子２を備えている。絶縁碍子２内の中心部分にはその軸方向に沿って中心電極３が配置されており、中心電極３の先端部は絶縁碍子２の先端面から突出した状態となっている。そして、この中心電極３の先端部と対向するように、接地電極１０が配置されている。この接地電極１０は、一端が主体金具１に結合され、接地電極１０と中心電極３の間には所定間隔の火花放電ギャップが形成されている。

絶縁碍子２は、例えばアルミナ等のセラミック焼結体により略円筒状に構成され、その内部には自身の軸方向に沿って中心電極３を挿通させるための貫通孔を有している。そして、貫通孔の一方の端部側に端子金具（図示せず。）が挿入・固定され、同じく他方の端部側に中心電極３が挿入・固定されている。また、該貫通孔内において端子金具と中心電極３との間に抵抗体４が配置され、この抵抗体４の両端部は、導電性ガラスシール層を介して中心電極３と端子金具とにそれぞれ電気的に接続されている。

主体金具１は、炭素鋼やステンレス鋼等の金属、例えば、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ６３０等により円筒状に形成されており、スパークプラグ１００のハウジングを構成している。この主体金具１には、機関（エンジン）に取り付けた際に、このエンジンの外側面と当接される座面５が形成されている。この座面５は、エンジンに直接又はリング状のシール部材（ガスケット）を介して当接されて、エンジンとの間を気密封止するためのものである。

主体金具１の座面５より先端側（図中下側）の外周面には、スパークプラグ１００をエンジンのプラグ取付孔に取り付けるためのねじ部６が形成されている。このねじ部６には、ねじ山が１周以上、好ましくは３周以上設けられており、このねじ部６の先端側には嵌合部７が設けられている。嵌合部７は、絶縁碍子２を嵌合保持するためのものであり、本実施形態においてこの嵌合部７は、絶縁碍子２を圧入することによって、径方向に嵌合保持するようになっている。このため、主体金具１の嵌合部７の内側部分は、内側に向けて突出する突出部８とされている。

主体金具１の嵌合部７よりさらに先端側の外周面には、第２のねじ部９が形成されている。この第２のねじ部９は、上記したねじ部６と同一のねじ穴に螺合可能に構成されており、スパークプラグ１００をエンジンに取り付ける際には、この第２のねじ部９と、ねじ部６が、エンジンのプラグ取付孔内に形成されたねじに螺合されるようになっている。

すなわち、ねじ部６と第２のねじ部９は、同一のねじ径、同一のピッチで形成されている。そして、図２に示すように、これらのねじ部６と第２のねじ部９のねじ谷径Ａよりも、嵌合部７の外周面の外径Ｂが、細くなるように構成されている。この径差は、１５０μｍ以上とすることが好ましい。このように径差を１５０μｍ以上とすることによって、嵌合部７に絶縁碍子２を圧入し、嵌合部７が径方向外側に向けて膨らんだ場合においても、確実にスパークプラグ１００をエンジンに取り付けることができる。

上記のように、嵌合部７を、座面５より先端側で、かつ、ねじ部６より先端側に設けることにより、スパークプラグ１００をエンジンのプラグ取付孔に取り付けた際に、トルクが嵌合部７に加わることを抑制することができる。

ここで、仮に図３に示すように、嵌合部７と座面５との間にねじ部６が設けられていない場合、つまり、所謂ねじ首部に嵌合部７が設けられている場合、嵌合部７にトルクが加わり、嵌合部７が変形して嵌合に緩みが生じたり、嵌合部７に断裂が生じたりする可能性がある。一方、上記構成の本実施形態のスパークプラグ１００では、このような不具合が発生することを防止することができる。

なお、上記した第２のねじ部９は、必ずしも設ける必要はない。すなわち、嵌合部７より座面５側のねじ部６が、スパークプラグ１００をに取り付けた際に十分な取り付け強度を確保できるだけの長さとねじ山の数を備えている場合は、第２のねじ部を設ける必要はない。この場合、嵌合部７より先端側の主体金具１の外側部分は、嵌合部７と同様な外径の平滑な面としたり、または先端に向けて細くなるテーパ面等とすることができる。

主体金具１の座面５より後端側には、スパークプラグ１００をエンジンのプラグ取付孔に取り付ける際に、スパナやレンチ等の工具を係合させるための工具係合部（図示せず。）が設けられている。

上記のように、本実施形態では、嵌合部７に、絶縁碍子２を圧入して嵌合保持する構成となっているので、従来のように主体金具の加締め部を係合させるための大径の鍔状の部位を絶縁碍子２に設ける必要がなく、スパークプラグ１００の最大径を細くすることができる。これによって、エンジンに設けるプラグ取付孔の径を小さくすることができ、エンジン設計における自由度を高めることができる。また、スパークプラグ１００の先端側に、絶縁碍子２と主体金具１とが圧接した状態に維持される嵌合部７が設けられているので、この嵌合部７において、絶縁碍子２から主体金具１への熱伝達が行われ、放熱性も高めることができる。なお、上記した圧入の他、焼き嵌め、冷やし嵌め、或いはこれらの組み合わせによって、嵌合部７に絶縁碍子２を嵌合させるようにしても良い。

また、本実施形態のスパークプラグでは、嵌合部分の信頼性を高める、すなわち抜け荷重を高くする必要があるが、この抜け荷重を高くすればするほど、圧入荷重も高くなってしまう。このようなときには、圧入時に潤滑材を使用することで嵌合部の信頼性を高く保ったまま、圧入荷重を少なくすることができる。この場合、圧入後に熱処理を行うことで抜け荷重が増大する。これは、熱処理によって潤滑材が分解され潤滑効果がなくなるためと、前記の点接触から面接触へと変化したための２つの効果による。このような潤滑材としては、例えばパスキンＭ３０（商品名）、セロゾール（商品名）等を使用することができる。

熱処理は、例えば温度３００℃で１５分程度行うことが好ましい。このような圧入後の熱処理を行わなかった場合、圧入荷重と抜け荷重は略同一となる。ところが、上記のような熱処理を行うことにより、圧入荷重に対して抜け荷重を大きくすることができる。この圧入の際は、主体金具の座面を支持して絶縁碍子の圧入を行っている。主体金具には公知の方法によって、先端に接地電極１０が接合されているので（図１参照。）、この接地電極１０を変形させてしまうことなく圧入を行うためには座面５を支持して圧入することが好ましい。

さらに、本実施形態のスパークプラグ１００では、嵌合部７の内側面（突出部８）と絶縁碍子２の外側との間で、必要とされる気密性が確保できるようになっている。このように、本実施形態に係るスパークプラグ１００では、嵌合部７において気密性を確保するようになっているので、従来のように気密性を確保するためのシールとなるタルク粉末等を充填する必要がなく、このため構造を簡易化することができる。

なお、嵌合部７において絶縁碍子２と当接する部分の長さは１ｍｍ以上とすることが好ましい。しかしながら、長すぎると過剰な圧入荷重を必要としてしまうため、作製の面からは嵌合部７の内径を上限とすることが好ましい。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、本実施形態に記載したＬ字形状の接地電極１０の他、複数の接地電極を組み合わせたもの、さらには一般に沿面放電タイプと呼ばれるもののひとつである主体金具の先端部が火花放電電極を兼ねるタイプであってもよい。

本発明の実施形態に係るスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。 図１のスパークプラグの嵌合部とねじ谷部の外径の関係を示す図。 比較例のスパークプラグの要部構成を拡大して示す図。

符号の説明

１……主体金具、２……絶縁碍子、３……中心電極、４……抵抗体、５……座面、６……ねじ部、７……嵌合部、８……突出部、９……第２のねじ部、１０……接地電極、１００……スパークプラグ。

Claims (6)

1. 軸線方向に延在する中心電極と、該中心電極を保持する円筒状の絶縁碍子と、先端部に接地電極を備え機関取り付け用の座面を有する円筒状の主体金具と、を備えたスパークプラグであって、
   前記主体金具は、前記座面より先端側に、径方向内向きに保持力を及ぼし前記絶縁碍子を保持する嵌合部を備え、かつ、当該嵌合部と前記座面との間に位置する外側面には機関取り付け用のねじ部を有し、前記嵌合部の外周面の外径が前記ねじ部のねじ谷部の外径より細くされており、
   さらに、前記主体金具の前記嵌合部より先端側に、機関取り付け用の第２のねじ部が形成され、当該第２のねじ部は、前記ねじ部と同一のねじ穴に螺合可能とされている
   ことを特徴とするスパークプラグ。
2. 請求項１記載のスパークプラグであって、
   前記嵌合部の外周面の外径≦（ねじ谷部外径−１５０μｍ）
   とされていることを特徴とするスパークプラグ。
3. 請求項１又は２記載のスパークプラグであって、
   前記ねじ部は、少なくとも１周以上のねじ山を有することを特徴とするスパークプラグ。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のスパークプラグであって、
   前記絶縁碍子が前記嵌合部にて圧入により保持されていることを特徴とするスパークプラグ。
5. 請求項４記載のスパークプラグであって、
   前記絶縁碍子を前記主体金具の嵌合部に圧入した後、少なくとも当該嵌合部が熱処理されていることを特徴とするスパークプラグ。
6. 請求項１〜５いずれか１項記載のスパークプラグであって、
   前記主体金具の前記嵌合部の内側部分と、前記絶縁碍子の外側部分との間によって気密が保持されていることを特徴とするスパークプラグ。

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